欠驅(qū)動擬人手的設計及抓握操作理論與方法研究.pdf

1、人體解剖學和肌骨系統(tǒng)運動功能學研究表明，雖然人手具有眾多的活動關節(jié)，然而關節(jié)之間存在固有的協(xié)同運動特性。如何用工程科學的方法復現(xiàn)人手運動規(guī)律是當前機器人學研究的難題之一。本文圍繞欠驅(qū)動擬人手的設計、功能評價等問題開展系統(tǒng)深入的研究。主要創(chuàng)新性研究工作如下：
　　人手高維運動功能的機械重構方法。采集人手的日常抓握運動數(shù)據(jù)，并分析了人手的運動特征。人手運動數(shù)據(jù)的分析結果表明，手指內(nèi)關節(jié)間存在主次運動機制，拇指與其余四指運動關聯(lián)性差，其

2、余四指的運動存在顯著的協(xié)同特征。根據(jù)人手指的主次運動分治規(guī)律，提出了復現(xiàn)人手指主次運動的機械設計原理?；谔岢龅脑O計原理，設計并制造了機械傳動系統(tǒng)內(nèi)置的欠驅(qū)動擬人手樣機。該擬人手只需4個電機驅(qū)動16個關節(jié)，能夠復現(xiàn)人手自然的抓握功能。抓握實驗結果證實了提出的擬人手設計方法的有效性。
　　欠驅(qū)動機構的機械自適應特性定量評價。欠驅(qū)動機構具有獨特的機械自適應特性而被廣泛使用，然而尚缺乏對機械自適應性的定量評價方法。針對這一問題，定義了描

3、述機械自適應性的度量指標，從效果和代價兩方面對機械自適應特性進行定量評價。通過分析欠驅(qū)動機械手實施典型抓取行為過程中運動與力的演化過程，揭示了欠驅(qū)動機構機械自適應特性的外在條件和內(nèi)在成因。利用提出的評價指標，分析比較了擬人手的三種典型柔性欠驅(qū)動擬人手機構的機械自適應能力，結果表明采用主次運動分治原理設計的關節(jié)間柔性耦合機構具有最優(yōu)的形狀自適應能力。
　　自適應包絡抓握的欠驅(qū)動機構參數(shù)設計方法。通過對欠驅(qū)動抓握過程分析研究，發(fā)現(xiàn)了欠

4、驅(qū)動手抓握過程中存在運動收斂的行為，揭示了機構參數(shù)對欠驅(qū)動手抓握行為特點的影響規(guī)律。提出了基于抓握過程的欠驅(qū)動機構參數(shù)分步設計方法，解決了欠驅(qū)動手指在自適應抓握過程中難以施加足夠大抓握力的難題，為避免手指自適應抓握過程中發(fā)生擠出行為提供了有效的解決方法。實驗結果驗證了分析和設計方法的有效性。
　　欠驅(qū)動擬人手靈巧操作能力的分析評價方法。通過對手-物體系統(tǒng)可動性和接觸力的綜合分析，揭示了欠驅(qū)動手與全驅(qū)型手在靈巧操作上的本質(zhì)區(qū)別。發(fā)展